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1、第41卷第2期Vol.41，No.22015年4月SichuanBuildingMaterialsApril，2015单层球面网壳稳定性分析冯凡,余绍锋(同济大学建筑工程系,上海200092)摘要:采用大型通用有限元软件ANSYS建立了肋环1NSYSELEMENTS斜杆型单层球面网壳有限元模型,对其在半跨均布荷载条DEC12012ACEL17:19:59件下进行稳定性分析,分别用一个单元模拟一根杆和两个PLOTNO.1单元模拟一根杆分析,将两种结果进行比较,包括各种稳定性系数大小变化、稳定性态变化、缺陷的模式、敏感性等,说明不同类型稳定性的特点,得出一杆两单元考虑了构件自身稳
2、定和整体稳定的耦合,求解的临界荷载因子更加准确。关键词:单层球面;网壳;稳定性;承载力中图分类号:TU399文献标志码:B文章编号:1672-4011(2015)02-0055-03图1网格划分图DOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2015.02.0272结构线性整体问题分析0前言结构线性整体稳定性分析,是在小变形条件下对结构近年来,随着国家经济的发展和科技的进步,网壳结的弹性及几何刚度矩阵进行特征分析,得到相应的特征值构越来越多的用于体育馆、会议中心和展览馆中,网壳的和特征向量,其中的最小特征值λ=λ,就是结构线性整min1稳定性也受到普遍的关注。单层
3、球面网壳按网格形式分类体稳定荷载系数的临界值λ。线性整体稳定分析的目的在cr1有肋环型、肋环斜杆型(Schwedler)、三向网格型、扇型三向于得到结构的临界屈曲荷载,它是理想线弹性结构的理论网格型(Keiwitt型)、葵花型三向网格型和短程线型等各种网屈曲荷载,是结构在稳定分析中能承受的荷载上限值,此格形式,它们的受力性能包括稳定性能既有球面网壳共性外,若最低价屈曲模态为整体失稳,它的屈曲模态为一致的一面,亦各具自身的特性。在用有限元软件对网壳进行缺陷模态法提供依据。计算时,采用两种不同的方式模拟网壳中的杆件来进行稳分别采用一单元和两单元模型分析,结构前20阶稳定定性分析,
4、为网壳的设计计算提供参考价值。因子对比见表1。表1前20阶稳定因子比较1建立有限元模型阶数一单元两单元阶数一单元两单元本文选用的单层网壳的形式为肋环斜杆型(Schwedler),120．06215．3651123．48517．855220．1515．4841223．71717．968跨度60m,矢跨比f/L=1/4,杆件材料Q235B,截面为圆321．72616．3671323．99818．146钢管ϕ133．0×4．0,网壳的径向数网格数为12,环向网格数421．85516．5091424．28818．296为60。网壳构件采用钢材Q235B。在屈曲分析、完善结构521．9
5、6616．6091524．81318．387几何非线性分析、带缺陷结构几何非线性分析阶段均假定622．13416．7991625．2718．849材料为理想弹性模型。带缺陷结构大位移弹塑性整体稳定722．34617．1441725．46918．95分析时,钢材假定为理想弹塑性模型。钢材的弹性模量均822．75417．1261825．88319．096取Es=2．06×1011N/m2。网格划分见图1。结构几何模型923．09217．3231926．08119．2363D3s中建立并导入。荷载为半跨均布荷载,由3D3S导向1023．42317．6182026．15819．404
6、节点处理后导出形成ANSYS文件。稳定性计算中单元选用从表1可以看出,一单元一杆模型前20阶稳定因子在BEAM188单元,边界支座均采用固定铰支座。采用非线性20~26范围内,二单元一杆模型前20阶稳定因子在15~分析用弧长法求解,以便得到荷载-位移全过程曲线。其20范围内,分布均较为密集,线性整体稳定临界荷载因子中,在带缺陷结构大位移几何非线性分析中,初始缺陷使λ=20．062,λ=15．365。cr1_1cr1_2用一致缺陷模态法进行分析,根据JGJ7-2010《空间网格结由于线性稳定分析中假定杆件为小变形,故一个单元构技术规程》报批稿4．3．3条,采用结构的最低阶屈曲模
7、态模拟一根杆件时,杆件自身不会发生弯曲,而一根杆件由作为初始几何缺陷分布模态,缺陷最大值取网壳跨度的L/两个单元模拟时,杆件中点加入了一个节点,在分析时,300,即200mm。分别采用一个单元模拟一杆及两单元模可通过该点位移引入几何缺陷,考虑杆件的二阶效应,即拟一根杆的模型进行计算。考虑了杆件自身的稳定性。对比一根杆件分别由一个单元和两个单元模拟时的稳定因子,前者的各阶稳定因子均高作者简介:冯凡(1990-),女,安徽六安人,在读硕士研究生,研究方于后者约1．25倍,因此,杆件自身的稳定性对网壳结构的向
